焊后热处理对P92钢焊接接头显微组织和力学性能的影响研究

施超

（上海电力安装第一工程有限公司，上海 200090）

焊后热处理方式不同，对于合金材料焊接接头组织性能影响不同。要想明确最合适的焊后热处理工艺，就必须了解该技术对合金材料显微组织以及力学性能的影响性，分析其相关性，其函数信息后才可通过控制焊后热处理工艺增强焊缝整体组织性能。通过对既往资料的研究可知，焊后热处理工艺主要是对热处理温度以及保温时间进行研究，通过变动两者数据来分析焊缝处与原始母材组织的相近性，同时，对其洛氏硬度进行分析，在某一温度下保温，使得焊缝处组织性能接近原始母材，同时，使焊缝处的洛氏硬度高于母材硬度，说明这一焊后热处理工艺为最佳工艺。本文通过不同热处理方式对应用于高温高压蒸汽管道下的P92钢进行研究，为明确其最佳焊后热处理工艺，选择12种不同的焊后热处理技术，分别对相关实验材料进行处理。

1 实验材料与方法

实验材料全部选择符合ASTMA335/A335M ASTMA213/213M标准的P92钢。为进一步控制变量，在实验材料筛选过程中，严格选择同一批次的P92钢管。选择的热处理工艺均为高温淬火加低温回火。在确保实验材料完全符合GB/T国标要求的情况下，同时选择氩弧焊加电弧焊的组合焊接方式，对原始材料进行焊接处理。所有焊接处理工作均由同业具有相应焊接资质的高级焊工完成。经测量所筛选的12组原始管材，其母材硬度均为20HRC。12组热处理方案如下。第1组直接取焊态。第2组热处理温度为400℃，保温时长60min。第3组至第6组保温时长保持不变，均为60分钟，热处理温度逐渐升高，3～6组热处理温度为600℃、700℃、750℃以及770℃。第2组至第6组选择直接热处理温度处理的工艺，因此采用可显示炉内温度的普通箱式电阻炉来完成热处理过程。第7组至第12组选择平均升温法进行热处理，其升温速度均为300℃每小时，所有材料均从室温开始升温。其中第7组逐渐加热至600℃，选择不保温处理的方式来进行热处理。第8组至第12组实验材料，在热处理过程中均选择升温至760℃，且逐渐提升保温时间。第8组仍选择不保温的方式，第9组至第12组保温时间分别为15min、30min、60min以及90min。后续对其进行相应的显微组织检测时，选择氯化铁作为腐蚀剂，注意同时控制所有实验材料所使用的氯化铁溶液温度。所有实验样本均在氯化铁溶液中进行20～40s反应。

2 实验结果

2.1 拉伸数据

拉伸实验均采用标准化计算机模型数据进行处理，将样本规格参数输入模型软件后，开始进行标准化拉伸实验。全部12组样本，在进行实验的过程中，热处理方式遵照上文所述，实验编号不变。分别对不同组次的负荷最大值、应力最大值、弹性模量以及屈服强度进行测定。各参数单位分别为F/KN，MPa，E/MPa，R/MPa。测得第1组4项参数分别为33.7621、706.491、11471、578.99。第2组4项数据分别为34.1941、713.995、13839、575.299。第3组4项参数分别为35.4719、739.391、13847、577.91。第4组4项参数为31.8741、663.729、12002、517.03。第5组4项参数为32.0173、668.004、12699、513.27。第6组4项参数为34.2379、712.985、13469、539.03。第7组 为34.4681、717.685、14848、562.01。第8组 为32.8014、684.035、11819、532.49。第9组 为34.3919、715.502、13439、534.98。第10组 为34.0120、708.525、15131、529.97。第11组为33.399、695.971、13329、531.31。第12组为31.9997、667.521、12989、507.75。根据拉伸实验结果，可以发现所有拉断区均不在焊缝区，由此可知，焊接后热处理可明显强化P92钢材的拉伸应力承载能力。通过对断裂处的研究可发现断口全部处于母材常规区域或受到焊接热处理的部位。

2.2 硬度数据

在硬度数据方面，本次实验选择落实硬度HRC作为单位参数。通过对不同组次焊缝硬度的参数分析可以了解到，第3组以及第4组材料经相应的焊后热处理方式处理后，对焊缝区域的整体强度并未起到明显影响。而第5组实验样本及焊缝区域强度出现明显下降，整体强度下降至22.75HRC。而直接取焊态进行测试的1组实验样本，形成了马氏体组织，因此其焊缝区域硬度值相对较大。通过上述实验结果，可以了解焊后热处理，温度达到一定区间后，其焊缝区域硬度值可获明显改善。焊缝区域形成回火区，马氏体加奥氏体直接影响焊缝及受焊接热处理影响区域的硬度参数。在固定升温速度以及固定温度的情况下，保温时间直接影响焊缝区硬度参数保温时间增长，则其硬度参数更加贴近于母材参数，但根据实践情况来看，如进一步延长保温时间，那么，相关区域的残余应力也会随之下降，韧性情况将得到提升。根据本组实验数据可以了解到，需要的12组钢材最佳保温时间为90min。

2.3 金相组织分析

根据金相组织分析中的母材组织分析，可了解到经过不同的焊后热处理工艺处理后，母材本身受影响情况相对较小，相关区域显微组织结构均为回火马氏体。采取焊态的1组其焊缝组织为马氏体和奥氏体混合。同时，分析3号样本可知其焊缝组织为水火马氏体及回火屈氏体。第4组样本则为回火屈氏体。再分析与上述焊后热处理工艺差别较大的第12组样本其焊缝组织也为回火屈氏体，但其板条并不规则，而且从显微组织结构上来看，其结构变得更加细小。

3 结语

P92钢材在超超临界机组中应用相对比较广泛。而在焊接过程中，为有效松弛焊接所产生的残余应力，同时保障焊接过后的形状及尺寸，提升焊接部位抗腐蚀能力，应对焊接材料进行焊后热处理。本文针对P92钢材不同方式焊接热处理后显微组织以及力学性能参数进行了研究。所得实验结果说明，采取平均升温法，以760℃为热处理温度并保温90min能够获得最佳的显微组织特性以及力学性能。希望所得实验结果对相关工作有所帮助。